Investigadores del Instituto Boyce Thompson (BTI) y la Universidad de Cornell completaron el primer estudio para proporcionar una imagen completa de los cambios en la expresión génica en respuesta al estrés hídrico en el tomate, identificando genes que podrían ayudar a los fitomejoradores a desarrollar frutas (incluyendo uvas, manzanas y frutas carnosas en general) que puedan hacer frente a condiciones de sequía.
Boyce Thompson Institute / 30 de noviembre, 2022.- Como se espera que el cambio climático provoque períodos de sequía más frecuentes, los investigadores están trabajando cada vez más para hacer descubrimientos que puedan ayudar a las plantas a adaptarse al estrés hídrico prolongado.
Investigadores del Instituto Boyce Thompson (BTI) y la Universidad de Cornell completaron el primer estudio para proporcionar una imagen completa de los cambios en la expresión génica en respuesta al estrés hídrico en una fruta: el tomate, Solanum lycopersicum, identificando genes que podrían ayudar a los fitomejoradores a desarrollar frutas que puedan hacer frente a condiciones de sequía.
Publicado en la edición de diciembre de Plant Physiology, el trabajo fue dirigido por el equipo de investigación de Carmen Catalá, profesora asistente en BTI e investigadora asociada sénior en la Escuela de Ciencias Integrativas de las Plantas (SIPS) en Cornell. Los investigadores colaboradores incluyen a Jocelyn Rose, profesora en SIPS, y los profesores de BTI Jim Giovannoni, Zhangjun Fei y Lukas Mueller, quienes también son profesores adjuntos en SIPS.
El primer autor es Philippe Nicolas, investigador postdoctoral en el laboratorio de Catalá.
“Identificamos una serie de genes que están involucrados en la respuesta al estrés hídrico en el fruto del tomate”, dijo Catalá. “Ahora podemos comenzar a seleccionar genes candidatos que podrían ayudar a los mejoradores a desarrollar frutas que puedan adaptarse a condiciones de sequía, y no solo tomates, sino también uvas, manzanas y frutas carnosas en general. Esa es una aplicación potencial a largo plazo de estos datos”.
Los investigadores observaron la expresión génica en hojas de tomate y seis órganos frutales (pericarpio, placenta, tabique, columela, gelatina y semillas) en dos puntos de tiempo diferentes (fruto en crecimiento y maduro) y bajo cuatro condiciones diferentes de estrés hídrico (ninguno, leve, intermedio y fuerte).
Los investigadores encontraron que cada uno de los tejidos de los órganos de la fruta cambió de manera única con el tiempo.
“Menos del 1% de los genes expresados que se vieron afectados por el estrés hídrico se compartieron entre los seis tejidos de la fruta, y más del 50% de los genes afectados fueron específicos de un solo tejido”, dijo Catalá.
En contraste con los efectos negativos de la sequía, que provoca trastornos fisiológicos y pérdida de frutos, hay algunos efectos positivos asociados con la sequía, al menos con sequía leve.
Por ejemplo, los investigadores encontraron que el estrés hídrico aumenta la cantidad de licopeno en la fruta madura. El licopeno es un antioxidante que tiene beneficios documentados para la salud. La fruta con estrés hídrico también tenía niveles más altos de biosíntesis de almidón, lo que podría producir tomates más dulces.
“Cuando sembramos las semillas de las plantas tratadas, descubrimos que las plántulas de los tomates estresados mostraron una mejor recuperación del estrés hídrico en comparación con las plántulas de los tomates de control”, dijo Nicolás.
Nicolás dijo que identificaron varios genes cuya expresión es inducida por el estrés hídrico en semillas maduras, lo que podría desempeñar un papel importante en conferir tolerancia al estrés hídrico a la próxima generación de plantas.
El estudio fue desafiante en algunos aspectos porque los investigadores estaban observando frutas. La mayoría de los estudios de las respuestas de las plantas al estrés por sequía examinan las raíces y las hojas de las plántulas porque son relativamente fáciles de estudiar.
“Es relativamente fácil estresar las plántulas, pero si estresas demasiado a las plantas, no florecerán ni desarrollarán frutos”, dijo Catalá. “Además, cuando quieres estudiar frutas, debes cultivar plantas adultas, lo que requiere más tiempo, espacio y recursos en general”.
El proyecto fue apoyado por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias (IOS-1339287) y el Departamento de Agricultura de EE. UU. (59-8062-9-003P, 2020-03667 y 2019-67013-29240).